JP6104035B2 - イヤホン及び眼球運動推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、イヤホン、及び当該イヤホンを備えて構成される眼球運動推定装置に関する。

ユーザの視線を計測し、それを入力動作として認識する視線入力インタフェースは、特に障害者を対象として発展してきた。視線入力インタフェースはハンズフリー入力が可能であるため、日常的に利用可能となればユーザの利便性が向上する。様々な視線計測手法があるが、広く利用されているのは赤外線カメラを用いた方式である。既にこの方式の眼鏡型の視線計測装置が市販されている。眼鏡型の装置を装着することで高い精度で視線計測を行うことができるが、日常生活を送る上で大きな影響を持つ顔面を特殊な装置で覆うことは、特に日常的に通常の眼鏡を装着しないユーザにとって利用をためらう要因となってしまう。顔面を覆わないで視線計測を行う手法としてＥＯＧ（Electrooculogram）法が挙げられる。この方法によれば、ヘッドホンやイヤホン装着位置に電極を設置することで眼球の動きを検知し、眼球の動きにより音楽プレーヤを操作することができる（例えば、非特許文献１参照）。

真鍋宏幸，福本雅朗，"ヘッドホンを用いたEOG 法による視線入力インタフェース"，情報処理学会論文誌，Vol. 52, No.4, pp. 1515-1526, 2011.

非特許文献１に示された研究では、ユーザ（装着者）の耳形状に合わせた電極を使用している。そのため、実際に利用しようとする際にはユーザ毎に電極をカスタマイズする必要がある。従って、費用がかかってしまうという問題があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、視線入力インタフェースをより簡易な構成で実現することができるイヤホン及び眼球運動推定装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係るイヤホンは、ユーザに装着されるイヤホンであって、ユーザの左右の耳の外耳道それぞれに装着されると共に、銀又は塩化銀を含有する導電性ゴムで構成される２つの耳装着部と、ユーザに接触され基準電位を入力する基準電位用電極と、基準電位用電極によって入力された基準電位に対する、耳装着部それぞれから入力された電位を出力する２つの出力部と、を備える。なお、本明細書におけるイヤホンは、ヘッドホン、ステレオホン、ヘッドセット等を含むユーザの耳にスピーカを装着させて音を出力する装置全般を指す。

本発明に係るイヤホンでは、銀又は塩化銀を含有する導電性ゴムで構成される２つの耳装着部によって、ユーザの左右の両耳の外耳道から電位を検出することができ、基準電位に対する検出された電位を出力することができる。出力された電位は眼球運動に応じたものとなっており、これから視線入力インタフェースを実現することができる。また、本発明に係るイヤホンは、ユーザの外耳道に装着される耳装着部によって電位を検出しているので、ユーザの耳形状に合わせた電極を使用する必要がなく簡易な構成で実現することができる。即ち、本発明に係るイヤホンによれば、視線入力インタフェースをより簡易な構成で実現することができる。

耳装着部を構成する導電性ゴムは、当該導電性ゴムに含まれる導電性物質の１０質量％以上の銀又は塩化銀を含有することとしてもよい。この構成によれば、確実に電位を検出することができ、その結果、本発明を確実かつ適切に実施することができる。

出力部は、耳装着部の近傍に設けられ、基準電位用電極によって入力された基準電位に対する、耳装着部それぞれから入力された電位を増幅して出力する増幅器を備えることとしてもよい。この構成によれば、耳装着部によって検出された電位に対するノイズの影響を受けにくくすることができ、その結果、本発明を確実かつ適切に実施することができる。

上記のイヤホンは、基準電位用電極として、イヤホンの本体に着脱可能に接続されると共にイヤホンをユーザの耳に固定させるイヤホン固定具を備える。また、基準電位用電極は、イヤホンの音声信号を伝達するケーブルを覆っている。この構成によれば、確実に基準電位を入力することができ、その結果、本発明を確実かつ適切に実施することができる。また、イヤホン固定具がイヤホンの本体に対して着脱可能な構成では、イヤホン固定具を容易に取り換えることができ利便性を高めることができる。

耳装着部は、イヤホンの本体に着脱可能に接続されると共に、導電性ゴムで形成された互いに電気的に独立した複数の電極が設けられており、耳装着部に設けられた複数の電極の少なくとも１つは、基準電位用電極であり、イヤホンの本体の耳装着部が接続される部分には、耳装着部に設けられた複数の電極の間隔より小さい幅の、当該複数の電極の数以上の当該複数の電極との接点が設けられている。この構成によれば、確実にユーザの耳の電位及び基準電位を入力することができる一方、着脱可能な構成としていることから、耳装着部を容易に取り換えることができ利便性を高めることができる。

また、本発明に係る眼球運動推定装置は、上記のイヤホンと、２つの出力部から出力された電位を入力して、それらの電位の差分を出力する差分出力手段と、差分出力手段から出力された電力の差分からユーザの眼球運動を推定する推定手段と、を備える。本発明に係る眼球運動推定装置では、視線入力インタフェースをより簡易な構成で実際に実現することができる。

眼球運動推定装置は、推定手段によって推定された眼球運動に応じたコマンドを出力するコマンド出力手段を更に備えることとしてもよい。この構成によれば、イヤホンに接続された音楽プレーヤ等の操作を行うことができる。

眼球運動推定装置は、音声信号を入力してイヤホンに出力すると共に、当該音声信号から自装置を動作させるための電力を取得する電力取得手段を更に備える。この構成によれば、装置を動作させるための電源を用意する必要がなくなる。

本発明では、出力された電位は眼球運動に応じたものとなっており、これから視線入力インタフェースを実現することができる。また、本発明は、ユーザの外耳道に装着される耳装着部によって電位を検出しているので、ユーザの耳形状に合わせた電極を使用する必要がなく簡易な構成で実現することができる。即ち、本発明によれば、視線入力インタフェースをより簡易な構成で実現することができる。

本発明の実施形態に係る入力装置の全体構成を示す図である。 側面から見たイヤホン本体とイヤーチップとイヤホン保持具とを示す図である。 イヤホン本体とイヤーチップとイヤホン保持具とのそれぞれを示す図である。 側面から見たイヤホン本体とイヤーチップとイヤホン保持具との別の例を示す図である。 ＥＯＧを出力するための回路図である。 複数の電極が配置されたイヤーチップを示す図である。 イヤホン本体とイヤーチップとの接点を示す図である。

以下、図面と共に本発明に係るイヤホン及び眼球運動推定装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に本実施形態に係るイヤホン１０を示す。イヤホン１０は、ユーザの耳に装着され、音声信号（音楽信号）を入力して音声（音楽、音）を出力する装置である。イヤホン１０は、音声信号を出力する装置と接続され、当該装置から音声信号を入力する。本実施形態では、音声信号を出力する装置を音楽プレーヤ３０として説明する。イヤホン１０と音楽プレーヤ３０とは、従来のイヤホンと同様に有線又は無線により接続される。例えば、イヤホン１０を、音楽プレーヤ３０に設けられている一般的に用いられる４端子のイヤホンマイク端子に接続することとしてもよい。本実施形態に係るイヤホン１０は、ユーザの眼球運動を推定して眼球運動に応じたコマンド出力を行う。これにより、ユーザが特定の眼球運動をすることによって音楽プレーヤ３０の操作を行うことが可能になる。

図１に示すように、イヤホン１０は、イヤホン本体１１（イヤホン本体１１ａ，１１ｂの総称）と、イヤーチップ１２（イヤーチップ１２ａ，１２ｂの総称）と、イヤホン保持具１３（イヤホン保持具１３ａ，１３ｂの総称）と、出力部１４（出力部１４ａ，１４ｂの総称）と、差分出力部１５と、推定部１６と、コマンド出力部１７と、電力取得部１８とを備えて構成される。

イヤホン本体１１は、音声信号を入力して音声を出力するスピーカを備え、ユーザの耳の装着される部分である。イヤホン本体１１は、筐体を備えており、スピーカは筐体内に配置されている。イヤホン１０には、ユーザの左右の耳に装着可能なように２つのイヤホン本体１１ａ，１１ｂが設けられている。

イヤーチップ１２は、ユーザの左右の耳の外耳道それぞれに装着される耳装着部である。イヤーチップ１２ａ，１２ｂは、２つのイヤホン本体１１ａ，１１ｂにそれぞれ一つずつ接続されている。イヤーチップ１２は、通常、筒状の形状をしており、筒状の外周面とユーザの外耳道の内周面とが接続される。そして、筒状のイヤーチップ１２の孔を通って、イヤホン本体１１から出力された音声がユーザの耳（鼓膜）に届く。なお、後述するように、イヤーチップ１２はイヤホン本体１１と着脱可能に接続される構成となっていてもよい。

イヤーチップ１２は、ユーザの眼球運動の推定に用いるユーザの耳（外耳道）の電位を入力（検出）する導出用電極でもある。そのため、イヤーチップ１２は、銀（Ａｇ）又は塩化銀（ＡｇＣｌ）を含有する導電性ゴムで構成されている。より詳細には後述するように、イヤーチップ１２を構成する導電性ゴムは、当該導電性ゴムに含まれる導電性物質の１０質量％以上の銀又は塩化銀を含有（配合）する。イヤーチップ１２は、入力した電位を後述する出力部１４に出力する。具体的には、例えば、イヤーチップ１２に接続されるイヤホン本体１１に、イヤーチップ１２と電気的に接続するための接点が設けられており、イヤーチップ１２に入力された電位はイヤホン本体１１を介して出力部１４に出力される。但し、イヤーチップ１２に入力された電位は、イヤホン本体１１を介さずに出力部１４に出力されてもよい。

イヤホン保持具１３は、イヤホン本体１１をユーザの耳に固定させるイヤホン固定具である。イヤホン保持具１３ａ，１３ｂは、２つのイヤホン本体１１ａ，１１ｂにそれぞれ一つずつ接続されている。イヤホン保持具１３は、イヤホン本体１１に固定されており、ユーザの外耳に引っ掛けられることで、イヤホン本体１１をユーザの耳に固定する。イヤホン保持具１３は、ユーザの外耳に引っ掛けられるように、例えば湾曲した棒状の部材を含んでいる。なお、後述するように、イヤホン保持具１３は、イヤホン本体１１と着脱可能に接続される構成となっていてもよい。

イヤホン保持具１３は、ユーザに接触され、ユーザの眼球運動を推定に用いるユーザのグラウンド電位（基準電位）を入力（検出）するグラウンド電極（基準電位用電極）でもある。そのため、イヤホン保持具１３は、例えば、金属や導電性ゴム等の導電性の物質（導体）で構成されている。但し、イヤホン保持具１３は、必ずしも、イヤーチップ１２のように導電性ゴムで構成されていなくてもよい。また、導電性ゴムで構成される場合も、必ずしもイヤーチップ１２と同様に銀又は塩化銀を含有していなくてもよい。イヤホン保持具１３は、イヤホン保持具１３が接触しているユーザの外耳の電位をグラウンド電位として入力する。イヤホン保持具１３は、出力部１４及び差分出力部１５と電気的に接続されており、イヤホン保持具１３に入力された電位は出力部１４及び差分出力部１５に出力される。なお、イヤホン保持具１３に入力された電位は、イヤホン本体１１を介して出力部１４及び差分出力部１５に出力されてもよいし、イヤホン本体１１を介さずに出力部１４に出力されてもよい。このようにイヤホン保持具１３をグラウンド電極として用いるので、新たにグラウンド電極用の部材を設ける必要がなくコストを低減することができる。

イヤホン保持具１３は、通常、ユーザの左右の耳用に設けられているが、グラウンド電極としては何れか一方のみが機能すればよい。即ち、ユーザの一方の耳から電位を入力すればよい。図１に示す例では、イヤホン保持具１３ａのみからグラウンド電位を入力することとしている。但し、ユーザの左右の耳から電位を入力してもよい。その場合、検出した電位がショート（短絡）されていてもよい。上記のようにイヤホン１０は、２つの導出用電極と１つのグラウンド電極との少なくとも３つの電極を備えている。

図２に側面（紙面における左から右に向かう方向でユーザの耳に装着される）から見た、一方（左右の耳用の何れか）のイヤホン本体１１と、イヤーチップ１２と、イヤホン保持具１３とを示す。図３（ａ）に側面から見た、一方のイヤホン本体１１と、イヤーチップ１２と、イヤホン保持具１３とのそれぞれを示す。図３（ｂ）に図３（ａ）における紙面右側から左側に向かって見たイヤーチップ１２を示す。図３（ｃ）に図３（ａ）における紙面右側から左側に向かって見たイヤホン保持具１３を示す。図２及び図３に示すように、イヤホン本体１１とイヤーチップ１２及びイヤホン保持具１３とは着脱可能に構成されている。このように着脱可能な構成とすることで、導電性ゴムの劣化等によりイヤーチップ１２あるいはイヤホン保持具１３の交換が必要になった場合でも簡便に交換することができる。

イヤホン本体１１では、スピーカ等を収納する部分であるスピーカ収納部１１１と、イヤホン保持具１３と接続される部分であるイヤホン保持具接続部１１３とが一体となって形成されている。イヤホン本体１１のイヤホン保持具接続部１１３は、円柱状の形状である。イヤホン保持具接続部１１３は、一方の端面においてスピーカ収納部１１１と接続されている。また、イヤホン本体１１では、イヤホン保持具接続部１１３と、イヤーチップ１２と接続される部分であるイヤーチップ接続部１１２とが、一体となって形成されている。イヤーチップ接続部１１２は、外径がイヤホン保持具接続部１１３の外径よりも小さい円柱状の形状である。イヤーチップ接続部１１２は、一方の端面において、イヤホン保持具接続部１１３のスピーカ収納部１１１と接続された側とは反対側の端面と接続されている。ユーザがイヤホン１０を装着しやすいようにイヤーチップ接続部１１２の軸方向とイヤホン保持具接続部１１３の軸方向とは角度が付けられている。

イヤーチップ接続部１１２及びイヤホン保持具接続部１１３の内部には、スピーカ収納部１１１内部で発生された音声の通路となる空間が設けられている。イヤーチップ接続部１１２のイヤホン保持具接続部１１３と接続された側とは反対側の端面には開口が設けられており、当該開口から音声が出力される。

イヤーチップ１２は、例えば、以下のような一般的なカナル型イヤホンのイヤーチップの類似形状となっている。即ち、イヤーチップ１２は、イヤホン本体１１に接続されるイヤホン本体接続部１２１と、ユーザの耳の外耳道に接触する耳接触部１２２とが一体に形成された構成となっている。イヤホン本体接続部１２１は、円筒状の形状であり、イヤホン本体１１のイヤーチップ接続部１１２に嵌るようにその内径がイヤーチップ接続部１１２の外径と同程度の大きさとなっている。また、イヤホン本体接続部１２１の軸方向の長さは、イヤーチップ接続部１１２の軸方向の長さよりもやや短くなっている。耳接触部１２２は、イヤホン本体接続部１２１の外径よりも大きい外径を有する円形状の端面でイヤホン本体接続部１２１と接続されている。耳接触部１２２は、イヤホン本体接続部１２１から離れるにつれて（ユーザの耳に装着されたときにユーザの耳の奥に向かうにつれて）外径が小さくなっている。耳接触部１２２には、イヤーチップ接続部１１２の内周と繋がり、イヤーチップ接続部１１２と接続されていない側の端面に抜ける孔が設けられている。その孔を通って、音声がユーザに伝達される。

イヤホン保持具接続部１１３は、イヤホン本体１１に接続されるイヤホン本体接続部１３１と、ユーザの外耳に引っ掛けられる部分である耳掛部１３２とが一体に形成された構成となっている。イヤホン本体接続部１３１は、円筒状の形状であり、イヤホン本体１１のイヤホン保持具接続部１１３に嵌るようにその内径がイヤホン保持具接続部１１３の外径と同程度の大きさとなっている。また、イヤホン本体接続部１３１の軸方向の長さは、イヤホン保持具接続部１１３の軸方向の長さと同程度となっている。耳掛部１３２は、円筒状のイヤホン本体接続部１３１の側面に接続されている湾曲した棒状の部材である。耳掛部１３２は、ユーザの耳介の窪みに嵌るようにデザインされており、装着したイヤホン１０が外れたり動いたりするのを防止する。なお、このような形状のイヤホン保持具は、一部のスポーツ用のイヤホンで利用されている。また、本実施形態におけるイヤホン保持具１３は、従来のイヤホン保持具とは異なり導電性物質で構成されている。

イヤホン本体１１のイヤーチップ接続部１１２のイヤーチップ１２と接続される部分（円柱形状の側面）には、電気的な接点１１４が設けられている。この接点は、イヤーチップ１２に入力された電位を出力部１４に出力するためのものである。イヤホン本体１１のイヤホン保持具接続部１１３のイヤホン保持具１３と接続される部分（円柱形状の側面）には、電気的な接点１１５が設けられている。この接点は、イヤホン保持具１３に入力されたグラウンド電位を出力部１４及び差分出力部１５に出力するためのものである。

図４にイヤホン本体及びイヤホン保持具の別の実施形態を示す。なお、下記に説明する以外の点は、当該別の実施形態に係るイヤホン本体５１及びイヤホン保持具５３は、上記のイヤホン本体１１及びイヤホン保持具１３と同様である。本実施形態では、イヤホン本体５１は概ね上記のイヤホン本体１１と同様であるが、イヤホン保持具接続部５１３の側面において、イヤホン本体５１内部に音声信号を入力（伝達）するケーブル１９と接続されている。イヤホン保持具５３は、当該ケーブル１９の外周を覆うように形成されている。即ち、イヤホン保持具５３は、管状の部材であり、その管の内部にケーブル１９が設けられている。

また、イヤホン保持具５３は、イヤホン１０が装着された際に外耳に巻き付くようにデザインされている。このようなデザインは、一部のスポーツ用イヤホンで採用されている。イヤホン１０がユーザに装着されると、伝導性の物質であるイヤホン保持具５３は、一部のスポーツ用イヤホンで期待されているようにイヤホン１０が外耳から外れるのを防ぐと共にユーザの皮膚に接触して電極としても機能する。なお、ケーブル１９は絶縁体の被膜で覆われており、ケーブル１９とイヤホン保持具５３とは導通していない。上記の通り、図４のイヤホン保持具５３は、図２及び図３に示すイヤホン保持具１３と同様の機能を有している。

引き続いて、図１に戻って説明を続ける。出力部１４は、イヤホン保持具１３からグラウンド電位をイヤーチップ１２からのそれぞれ電位を入力する。出力部１４は、グラウンド電位に対するイヤーチップ１２から入力された電位を出力する。出力部１４ａ，１４ｂは、イヤーチップ１２ａ，１２ｂそれぞれ毎に設けられている。それぞれの出力部１４ａ，１４ｂは、電位を差分出力部１５に出力する。差分出力部１５は、２つの出力部１４ａ，１４ｂから出力された電位を入力して、それらの電位の差分を出力する差分出力手段である。この電位の差分は、ユーザの眼球運動を推定するために用いられるＥＯＧ（眼電図）である。

図５に出力部１４ａ，１４ｂ及び差分出力部１５を実現するための簡略化した回路、即ち、ＥＯＧを出力（計測）するための簡略化した回路を示す。イヤホン１０には、上述したようにイヤーチップ１２ａ，１２ｂ及びイヤホン保持具１３の少なくとも３つの電極がある。図５に示すように、出力部１４ａ，１４ｂは、具体的には、イヤホン保持具１３からのグラウンド電位及びイヤーチップ１２ａ，１２ｂからの電位を入力して、グラウンド電位に対するイヤーチップ１２ａ，１２ｂから入力された電位を増幅して出力するプリアンプ（増幅器）である。プリアンプである出力部１４ａ，１４ｂは、電極であるイヤーチップ１２ａ，１２ｂの近傍に設けられる。例えば、出力部１４ａ，１４ｂは、それぞれのイヤホン本体１１ａ，１１ｂの内部に設けられることとしてもよい。このように出力部１４ａ，１４ｂを電極であるイヤーチップ１２ａ，１２ｂの近傍に設けることでノイズの影響を受けにくくすることができる。

また、それぞれの出力部１４ａ，１４ｂから出力される電位は、差分増幅器である差分出力部１５に入力される。また、差分出力部１５は、イヤホン保持具１３からのグラウンド電位を入力して、グラウンド電極に対する差分を増幅して（差動増幅して）ＥＯＧとして出力する。差分出力部１５から出力されるＥＯＧとしての電位は推定部１６に入力される。また、上記の回路には、コモンモードノイズの低減を目的として、ＤＲＬ（Driven right leg circuit）を適用してもよい。上記のようにＥＯＧは、左右の導出用電極であるイヤーチップ１２ａ，１２ｂによる電位を入力として、ＤＣ結合による差動増幅によって計測される。

導電性ゴムは、絶縁物であるゴムに導体のフィラーを混ぜて作られる。フィラーとしては、カーボンブラックやカーボンナノチューブ等がよく用いられるが、導電性を高めるため銀が用いられることもある。一般に、生体電極は電極電位が小さく、かつ安定であることが望まれる。ＥＯＧのように、生体信号をＤＣ結合で増幅する場合には、電極電位の安定性は極めて重要である。炭素をフィラーとして用いた場合には、電極電位は安定しているとはいえず、正確なＥＯＧを計測することはできない。銀をフィラーに用いた場合には、電極電位は安定するが、ゴムの硬度が高くなってしまい、イヤホンのイヤーチップに適用するのが難しい。生体信号計測用電極では、電極の導電率が高いことよりも、電極電位が安定している方が望ましい。そのため、導電率を高めるためではなく、電極電位を安定させるために、導電性ゴムに銀又は塩化銀を導電性ゴムに含有させる。望ましくは、銀又は塩化銀を導電性ゴムに含まれる導電性物質の１０質量％以上含有させる。フィラーの全てを銀又は塩化銀にする必要はなく、フィラーの一部が銀又は塩化銀であれば十分である。銀又は塩化銀の含有率を減らせるため、ゴムの硬度を下げることができ、イヤーチップに好適硬度の導電性ゴムを作成することができる。

推定部１６は、差分出力部１５から入力されたＥＯＧである電力の差分からユーザの眼球運動を推定する推定手段である。具体的には、推定部１６は、ユーザの眼球運動としてユーザの視線の動きを推定する。ＥＯＧを用いた視線の動きの推定は、既に知られた方法で行うことができる。推定部１６は、視線の動きの推定に用いる情報を予め記憶しておく。推定部１６は、推定した視線の動きを示す情報をコマンド出力部１７に出力する。

コマンド出力部１７は、推定部１６によって推定された眼球運動に応じたコマンドを出力するコマンド出力手段である。具体的には、コマンド出力部１７は、推定部１６から入力された、推定した視線の動きを示す情報から一連の視線の動き（視線ジェスチャ）を特定する。コマンド出力部１７は、予め視線ジェスチャと対応するコマンドを記憶しておき、特定された視線ジェスチャに対応するコマンドを出力する。視線ジェスチャの認識は、既に知られた方法で行うことができる。コマンド出力部１７によって出力されるコマンドは、例えば、音楽プレーヤ３０を操作するためのコマンドである。コマンド出力部１７は、コマンドを音楽プレーヤ３０に出力する。音楽プレーヤ３０へのコマンドの入力は、例えば音楽プレーヤ３０のマイク入力を用いて行われる。

推定部１６及びコマンド出力部１７は、例えば、イヤホン内に設けられるＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリ等を備える計算機（コンピュータ）によって実現される。

電力取得部１８は、音楽プレーヤ３０から音声信号を入力してイヤホン本体１１に出力すると共に、当該音声信号から推定部１６及びコマンド出力部１７を実現する計算機を動作させるための電力を取得する電力取得手段である。具体的には、電力取得部１８は、音声信号を整流及び平滑化して電力を得る装置である。この場合は、音楽プレーヤ３０から高周波信号を重畳した音声信号を送出することとするのがよい。また、電力取得部１８は、ローパスフィルタを備えており、ローパスフィルタを通した音声信号をイヤホン本体１１（スピーカ）に出力する。このため、ユーザは他のイヤホンと同様に音声を聞くことができる。また、電力取得部１８は、得られた電力を計算機に供給するのに加えて、あるいはそれに代えて上記の増幅器を動作させるために用いてもよい。

引き続いて、図６及び図７を用いてイヤーチップの変形例について説明する。図６に示すイヤーチップ７２は、上述したイヤーチップ同様にイヤホン本体に着脱可能に構成されている。なお、図６（ａ）は、イヤーチップ７２を側面（紙面における下から上に向かう方向でユーザの耳に装着される）から見た図であり、図６（ｂ）は、イヤーチップ７２を図６（ａ）における紙面上側から下側に向かって見た図である。また、イヤーチップ７２は、互いに電気的に独立した複数の電極７２３，７２４が設けられている。イヤーチップ７２における電極７２３，７２４は導電性ゴムであり、それ以外の部分は非導電性（絶縁体）ゴムである。電極７２３，７２４の一方は上述した実施形態の導出用電極（イヤーチップ１２に相当）として用いられ、もう一方は上述した実施形態のグラウンド電極（イヤホン保持具１３に相当）として用いられる。一つのイヤーチップ７２に複数の電極を配置することによって、グラウンド電極として利用していたイヤホン保持具がなくても、ＥＯＧ計測が行えるようになる。また、非特許文献１に示されているように、ドリフトの影響を小さくするために多数の電極を用いてもよい。

一つのイヤーチップ７２に複数の電極７２３，７２４が設置されている場合、イヤホン本体にも、それぞれの電極７２３，７２４で検出された電位を入力するための複数の接点が必要となる。また、それぞれの電極７２３，７２４が、イヤホン本体に設置されている複数の接点とそれぞれ適切に接触する必要がある。その方法の一つは、イヤーチップ７２が決められた位置に常に固定されるようにすることであり、例えば、イヤホン本体とイヤーチップ７２との接合部に凹部や凸部を設ければ可能である。この場合には、イヤーチップ７２に配置されている電極の数と、イヤホン本体に設置されている接点の数とは同数で十分である。

イヤーチップ７２がイヤホン本体に装着されている状況で、イヤーチップ７２が自由に回転できるような場合には、イヤホン本体のイヤーチップ７２に接続される部分であるイヤーチップ接続部に設けられる接点をイヤーチップ７２の電極よりも多く配置することで対応可能となる。図７にイヤーチップ７２に設置される電極の数が２（図６に示すものと同様）、イヤホン本体７１のイヤーチップ接続部７１２に設置される電極の数が３の場合の例を示す。

図７（ａ）は、イヤホン本体７１のイヤーチップ接続部７１２を軸方向から見た図であり、図７（ｂ）はイヤーチップ７２のイヤホン本体接続部７２１を軸方向から見た図である。イヤーチップ７２の筒状のイヤホン本体接続部７２１の内側に、イヤホン本体７１のイヤーチップ接続部７１２が挿入されることでイヤーチップ７２とイヤホン本体７１とが接続される。イヤホン本体７１のイヤーチップ接続部７１２の外周面には、３つの接点７１６，７１７，７１８が等間隔に設けられている。

イヤーチップ７２の筒状のイヤホン本体接続部７２１の内側には、２つの接点７２５，７２６が設けられている。２つの接点７２５，７２６は、それぞれイヤーチップ７２に設けられている電極７２３，７２４の一部分である。ここで、イヤホン本体７１のイヤーチップ接続部７１２に設けられる３つの接点７１６，７１７，７１８の幅（周方向の長さ）は、イヤーチップ７２のイヤホン本体接続部７２１の内側の絶縁部分（接点７２５，７２６が設定されている円周上で接点７２５，７２６がない部分）の幅よりも小さくデザインされている。この場合、イヤーチップ７２がどのように回転しても、３つの接点７１６，７１７，７１８の何れかが接点７２５と接点７２６とをショートしてしまうことはない。

そして必ず、３つの接点７１６，７１７，７１８のうち１つは、接点７２５と接触し、それ以外の１つは接点７２６と接触する。残りの１つは、接点７２５と接触するか、接点７２６と接触するか、接点７２５，７２６とも接触しないかの何れかとなる。このとき、接点７１６と接点７１７との間、接点７１７と接点７１８との間、接点７１８と接点７１６との間のそれぞれのインピーダンスを計測することで、３つの接点７１６，７１７，７１８のうち、どの２つを用いればよいかわかる。

インピーダンスが極めて低い場合には、その２つの接点は同一の電極に接続されていることがわかる。例えば、接点７１６と接点７１７とが共に接点７２５に接触している場合には、接点７１６と接点７１７との間のインピーダンスは極めて低くなる。インピーダンスがそれよりも高く、かつある値（例えば数百ｋΩ）よりも低い場合には、その２つの接点は異なる電極に接続されていることがわかる（上記の値の範囲は予め設定しておく）。これは、イヤーチップ７２の電極を介してユーザの耳のインピーダンスを計測していることになるためである。その後の計測では、その後の接点ペアを用いればよい。またインピーダンスが極めて大きい場合には、何れかの接点がイヤーチップ７２のイヤホン本体接続部７２１の絶縁部分に接触していることがわかる。

本実施形態に係るイヤホン１０では、銀又は塩化銀を含有する導電性ゴムで構成される２つのイヤーチップ１２（７２）によって、ユーザの左右の両耳の外耳道から電位を検出することができ、基準電位に対する検出された電位を出力することができる。出力された電位は眼球運動に応じたものとなっており、これから上述したように視線入力インタフェースを実現することができる。即ち、ユーザは視線を動かすだけでコマンド等の入力を行うことができるようになる。また、本実施形態に係るイヤホン１０は、ユーザの外耳道に装着されるイヤーチップ１２によって電位を検出しているので、ユーザの耳形状に合わせた電極を使用する必要がなく簡易な構成で実現することができる。具体的には、ユーザ毎に電極をカスタマイズするのではなく、たかだか数種類の電極（イヤーチップ）の中からユーザによく適合する電極を選ぶことで視線入力インタフェースを実現することができる。即ち、本実施形態に係るイヤホン１０によれば、視線入力インタフェースをより簡易な構成で実現することができる。これにより、視線入力インタフェースを安価に提供することが可能になる。

また、図５に示すような、本実施形態のように増幅器を含む回路を用いることとすれば、確実にＥＯＧを検出することができ、その結果、本発明を確実かつ適切に実施することができる。

なお、導電性ゴムを生体信号計測用の電極を用いた例は既にある。例えば、ＥＥＧの計測を行ったGargiulo, G. and Bifulco, P. and Calvo, R.A. and Cesarelli, M. andJin, C. and van Schaik, A., "A mobile EEG system with dryelectrodes", Proc. IEEE Biomedical Circuits and Systems Conference (BioCAS)2008, pp.273-276, 2008.（非特許文献２）や、ＥＣＧを計測したChang Yong Ryuand Seung Hoon Nam and Seunghwan Kim, "Conductive rubber electrode for wearablehealth monitoring", Proc. Annual International Conference of the IEEEEngineering in Medicine and Biology Society (EMBS) 2005, pp. 3479-3481, 2005. （非特許文献３）、更にはＥＯＧを計測したTrikha, M. and Bhandari, A. and Gandhi, T., "AutomaticElectrooculogram Classication for Micro-controller Based InterfaceDesign", Proc. Systems and Information Engineering Design Symposium (SIEDS)2007, pp. 1-6, 2007.（非特許文献４）等である。上記の研究を含む、従来の導電性ゴムを用いた生体信号計測は、ＡＣ結合を用いた計測であった。ＡＣ結合でもＥＯＧを計測することはできるが、一般にＡＣ結合を用いた場合には眼球の動きを推定するのは困難となる。

更に耳の位置から計測されるＥＯＧは、通常の電極設置位置である眼球近傍に比べて減衰しているため、ＡＣ結合で計測したＥＯＧから眼球の動きを推定するのは極めて難しい。これに対して、本実施形態では耳の位置からＤＣ結合によるＥＯＧ計測を行うために導電性ゴムを用いる。ＤＣ結合により生体信号を計測した場合、用いる電極の電極電位の安定性が非常に重要となる。通常の導電性ゴムは、炭素によって導電性が発揮されており、電極電位は安定でないという課題がある。上記課題を解決するために電極表面に銀又は塩化銀を含有する塗膜層を構成する方法（特開平９−１６８５１８号公報（特許文献１））があるが、イヤーチップに適用した場合には繰り返しの使用により、塗膜層が剥がれてしまうという課題がある。本実施形態では、銀又は塩化銀を含有する伝導性ゴムを用いることで上記課題を解決する。

また、イヤーチップに電極を設置した例も既に存在する（Sano, Akane and Tomita, Takashi and Oba, Haruo, "Applicationsusing Earphone with Biosignal Sensors", ヒューマンインタフェース学会研究報告集, Vol. 12, No. 6, pp. 1-6, 2010.（非特許文献５））。これは、通常のイヤーチップに導電性の金属薄膜を張り付けた構造となっており、耐久性やコストの点で課題がある。イヤーチップがタッチセンサとなっているイヤホンも存在する。タッチセンサとして利用するのであれば、電極電位の安定性は問題とならないため本発明とは異なる。

また、本実施形態のようにイヤーチップあるいはイヤホン保持具をイヤホン本体に対して着脱可能に接続される構成としてもよい。これにより、これらの部材を容易に取り換えることができ利便性を高めることができる。但し、イヤーチップあるいはイヤホン保持具は、必ずしも着脱可能な構成である必要はなく、イヤホン本体に固定的に接続されていてもよい。

また、本実施形態では、グラウンド電位はユーザの耳から入力していたが、必ずしもユーザの耳から入力する必要はなく、ユーザの皮膚であればどこから入力することとしてもよい。従って、グラウンド電極は、必ずしも本実施形態のようにイヤホン保持具１３やイヤーチップの一部である必要はなく、ユーザに接触する任意の部材とすることができる。

また、本実施形態では、イヤホン１０においてユーザの眼球運動を推定するように構成していたが、必ずしもイヤホン１０においてユーザの眼球運動を推定する必要はない。例えば、差分出力部１５と、推定部１６と、コマンド出力部１７と、電力取得部１８とについては必ずしもイヤホン１０に含まれている必要はない。これらは、イヤホン１０が接続されるイヤホン１０とは別体の装置が備えており、イヤホン１０において出力部１４及びグラウンド電極であるイヤホン保持具１３から出力される電位を入力して、それらからユーザの眼球運動を推定することとしてもよい。この場合、イヤホンは、イヤホン本体１１とイヤーチップ１２とイヤホン保持具１３と出力部１４とを備えており、当該イヤホン、及び差分出力部１５と推定部１６とコマンド出力部１７と電力取得部１８とを含む装置で眼球運動推定装置を構成する。また、イヤホン本体１１とイヤーチップ１２とイヤホン保持具１３と出力部１４とに加えて、差分出力部１５がイヤホンに備えられていてもよい。その場合、イヤホンからはＥＯＧが出力される。そのＥＯＧを用いて、眼球運動（視線の動き）の推定、視線ジェスチャの認識等は別の装置で行われてもよい。

なお、本実施形態に係るイヤホン１０は、音楽プレーヤ３０へのコマンド入力以外で用いられてもよい。即ち、本実施形態に係るイヤホン１０は、ユーザの眼球の動きを検出して、それを入力として認識する常時装用可能なハンズフリー入力装置である。ユーザは、視線を動かすだけで様々な装置を制御できるようになる。

また、本実施形態のように電力取得部１８を設けることとすれば、装置を動作させるための電源を用意する必要がなくなる。また、電源を設ける必要がないため装置を小型化することができ、更に電池交換の手間がなくなる等の利点がある。但し、必ずしも電力取得部１８を設ける必要はなく、イヤホン内部に設置された電池等の電源から装置を動作させるための電力を供給してもよい。また、一般に広く用いられているヘッドホン端子に接続することができるようになるため、利便性が向上する。

１０…イヤホン、１１（１１ａ，１１ｂ），５１，７１…イヤホン本体、１１１…スピーカ収納部、１１２，７１２…イヤーチップ接続部、１１３，５１３…イヤホン保持具接続部、１１４，１１５，７１６，７１７，７１８…接点、１２（１２ａ，１２ｂ），７２…イヤーチップ、１２１，７２１…イヤホン本体接続部、１２２…耳接触部、７２３，７２４…電極、７２５，７２６…接点、１３（１３ａ，１３ｂ），５３…イヤホン保持具、１３１…イヤホン本体接続部、１３２…耳掛部、１４（１４ａ，１４ｂ）…出力部、１５…差分出力部、１６…推定部、１７…コマンド出力部、１８…電力取得部、１９…ケーブル、３０…音楽プレーヤ。

Claims (8)

1. ユーザに装着されるイヤホンであって、
   前記ユーザの左右の耳の外耳道それぞれに装着されると共に、銀又は塩化銀を含有する導電性ゴムで構成される２つの耳装着部と、
   前記ユーザに接触され基準電位を入力する基準電位用電極と、
   前記基準電位用電極によって入力された基準電位に対する、前記耳装着部それぞれから入力された電位を出力する２つの出力部と、
   を備え、
   前記基準電位用電極として、前記イヤホンの本体に着脱可能に接続されると共に前記イヤホンを前記ユーザの耳に固定させるイヤホン固定具を備えるイヤホン。
2. ユーザに装着されるイヤホンであって、
   前記ユーザの左右の耳の外耳道それぞれに装着されると共に、銀又は塩化銀を含有する導電性ゴムで構成される２つの耳装着部と、
   前記ユーザに接触され基準電位を入力する基準電位用電極と、
   前記基準電位用電極によって入力された基準電位に対する、前記耳装着部それぞれから入力された電位を出力する２つの出力部と、
   を備え、
   前記基準電位用電極は、前記イヤホンの音声信号を伝達するケーブルを覆っているイヤホン。
3. ユーザに装着されるイヤホンであって、
   前記ユーザの左右の耳の外耳道それぞれに装着されると共に、銀又は塩化銀を含有する導電性ゴムで構成される２つの耳装着部と、
   前記ユーザに接触され基準電位を入力する基準電位用電極と、
   前記基準電位用電極によって入力された基準電位に対する、前記耳装着部それぞれから入力された電位を出力する２つの出力部と、
   を備え、
   前記耳装着部は、前記イヤホンの本体に着脱可能に接続されると共に、導電性ゴムで形成された互いに電気的に独立した複数の電極が設けられており、
   前記耳装着部に設けられた複数の電極の少なくとも１つは、基準電位用電極であり、
   前記イヤホンの本体の前記耳装着部が接続される部分には、前記耳装着部に設けられた複数の電極の間隔より小さい幅の、当該複数の電極の数以上の当該複数の電極との接点が設けられているイヤホン。
4. 前記耳装着部を構成する導電性ゴムは、当該導電性ゴムに含まれる導電性物質の１０質量％以上の銀又は塩化銀を含有する請求項１〜３の何れか一項に記載のイヤホン。
5. 前記出力部は、前記耳装着部の近傍に設けられ、前記基準電位用電極によって入力された基準電位に対する、前記耳装着部それぞれから入力された電位を増幅して出力する増幅器を備える請求項１〜４の何れか一項に記載のイヤホン。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載のイヤホンと、
   前記２つの出力部から出力された電位を入力して、それらの電位の差分を出力する差分出力手段と、
   前記差分出力手段から出力された電力の差分から前記ユーザの眼球運動を推定する推定手段と、
   を備える眼球運動推定装置。
7. ユーザに装着されるイヤホンであって、前記ユーザの左右の耳の外耳道それぞれに装着されると共に、銀又は塩化銀を含有する導電性ゴムで構成される２つの耳装着部と、前記ユーザに接触され基準電位を入力する基準電位用電極と、前記基準電位用電極によって入力された基準電位に対する、前記耳装着部それぞれから入力された電位を出力する２つの出力部と、を備えるイヤホンと、
   前記２つの出力部から出力された電位を入力して、それらの電位の差分を出力する差分出力手段と、
   前記差分出力手段から出力された電力の差分から前記ユーザの眼球運動を推定する推定手段と、
   音声信号を入力してイヤホンに出力すると共に、当該音声信号から自装置を動作させるための電力を取得する電力取得手段と、
   を備える眼球運動推定装置。
8. 前記推定手段によって推定された眼球運動に応じたコマンドを出力するコマンド出力手段を更に備える請求項６又は７に記載の眼球運動推定装置。

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